稀有金属快报
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掺杂Yb,O3的氧化锆基固体电解质材料的研究
唐辉，林振汉(上海大学，上海200072）
摘要：探讨了杂Yb,O,，对氧化错基固体电解质材料的电导性能的影响。实验结果表明，随着操作温度的提高， 8YbSZ材料的电导性能得到大幅度的提高。与8YSZ的相比，8YbSZ烧结体具有更佳的电导率。在500℃的操作温
度下所测的电导率就大于10-S·em"，完全符合中温固体电解质的基本要求。关键词：掺杂；氧化错；缺陷；Yb,O，
中图法分类号：TQ134.1，TB383 1引言
文献标识码：A
氧化锆是一种非常有发展潜力的材料。纯的氧化错有3种晶型结构。3种晶型之间的转化对氧化错性能的影响是非常重要的。纯的ZrO,的离子电导率很低，不适合用做固体电解质材料1-6)。立方相的氧化错具有优良的氧离子传导性能，可作为固体电解质应用于固体氧化物燃料电池（SOFC）、氧传感器、氧泵等，在氧化和还原气氛中具有高的稳定性。针对这种情况，人们通过在ZrO,基体中引进某些二价和三价的金属氧化物（如：CaO，MgO， Y,0，Sc,O,，Al,Os，CeO,等），使其保持完全稳定的立方董石结构(7)。图1给出了几种掺杂剂的电导率与掺杂量的关系。表明添加量在（8~12)mol% 之间，添加物对电导率的贡献是：YbO,>Sc,O,> Gd,O,>Y,O3。掺杂Yb,O,的材料电导率最高，其次是Sc2O3。ScSZ电解质具有极佳的氧离子导电能力。在固体氧化物燃料电池中用Sc,O-ZrO,作为固体电解质，相比Y,0,-ZrO,来说具有更佳的离子导电能力。Sc*的离子半径与Zr*的离子半径非常接近，所以自由氧离子的活化能相对较小。但是ScSZ在 600~700℃下会产生菱形相（β相，ScZr0），降低了离子导电的能力8-12)。以前的研究更多的集中在
收稿日期：2007-07-02
文章编号：10085939(2008)02017-04
Y,O,和Sc.O掺杂，关于Yb.O,掺杂ZrO,固体电解质材料的研究报道很少。本研究旨在探讨掺杂 Yb,O，对氧化锆基导电性能的影响，寻找最佳的烧结工艺来优化氧化锆固体电解质的电导性能(13-15)。
10
Yb,o
w3 anpuor
lo
0
Y,o, Cao
d.o 10
Se0 Gd,o,
15
20
Stabilizator Content/mol%
25
图1几种掺杂剂的电导率与掺杂剂添加量的关系 Fig.1Effect of doping agent content on conductivity
for several doping agent
2
实验
本实验以ZrOCl,·8H,O，Yb,O,和Y,O,为原料，
用共沉-胶化的方法，采用低温、喷雾两种不同的干燥方式进行处理，制备8YbSZ（8mol%Yb,O,）粉末。在1050℃下烧后，喷雾制粒。用干压成型方法在12MPa压力条件下压制成8YbSZ圆片试
作者简介：唐辉，男，1982年生，硕士研究生，上海大学错材料研究中心，上海200072，电话：021-56331986